CN115152129A - 用于电机的支撑结构和分段定子、风力涡轮机和制造支撑结构的方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种支撑结构（1），所述支撑结构用于支撑叠片堆和绕组结构，以便形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段（20），所述支撑结构包括：（a）框架，其包括两个平行的端板（2、3）和两个侧板（4、5），所述侧板在所述端板的对应端部之间延伸，（b）多个内部连接构件（6），其在所述端板之间在所述框架内延伸，和（c）多个外部连接构件（7、8），其在所述框架外延伸，每个外部连接构件形成对应内部连接构件的超出所述端板中的一个的延伸部，其中，（d）所述内部和外部连接构件适于与对应紧固构件接合，以便固定叠片堆。此外，描述了定子节段（20）、风力涡轮发电机和制造支撑结构的方法。

Description

用于电机的支撑结构和分段定子、风力涡轮机和制造支撑结 构的方法

技术领域

本发明涉及电机领域，更具体地涉及一种用于支撑叠片堆和绕组结构以形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段的支撑结构，并且涉及一种制造这种支撑结构的方法。本发明还涉及一种定子以及一种包括这种定子的风力涡轮机。

背景技术

当设计用于大型电机（例如风力涡轮发电机）的分段定子时，必须考虑许多方面和约束。在许多情况下，由于周围部件的边界条件以及由于节段支撑结构本身的设计，不可能利用定子的最大长度。这导致与理论上可用的性能相比更低的性能。因此，结果是具有较低输出功率的较小扭矩。因此，希望在不增加发电机的显著成本的情况下使发电机的扭矩输出最大化。为了利用定子的最大长度，将需要明显更复杂的节段支撑结构设计。然而，这将显著增加成本。

通常，节段支撑结构被设计成具有简单的机加工压力板，在其一端具有一体的指板。电叠片钢以封装的形式从集成的指板堆叠到支撑结构的另一端。通过螺栓连接或焊接到支撑结构的开口端中的指板上，叠片被包围在支撑结构中。然而，这为电钢的长度提供了许多边界条件，因为支撑结构将叠片堆包围在支撑结构的宽度内。

因此，可能需要一种灵活地增加定子的有效尺寸而不增加复杂性和对应成本的方式。

发明内容

这种需要可以通过根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例在从属权利要求中阐述。

根据本发明的第一方面，提供了一种支撑结构，其用于支撑叠片堆和绕组结构，以便形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段。该支撑结构包括：（a）框架，该框架包括两个平行的端板和两个侧板，侧板在端板的对应端部之间延伸，（b）多个内部连接构件，其在端板之间在框架内延伸，和（c）多个外部连接构件，其在框架外延伸，每个外部连接构件形成对应内部连接构件的超出端板中的一个的延伸部，其中，（d）内部和外部连接构件适于与对应紧固构件接合，以便固定叠片堆。

本发明的这个方面基于这样的思想，即通过添加外部连接构件，支撑结构的有效长度延伸超出框架的长度，所述外部连接构件在框架外延伸，使得它们延长了框架内的内部连接构件并且由此添加到连接构件的总长度。由此，所得到的支撑结构可以支撑更大的叠片堆。可以考虑可用空间来选择延伸量，从而允许相对简单地优化所得到的发电机。

根据本发明的实施例，外部连接构件具有U形横截面。

U形是有利的，因为该轮廓的腿提供强度并且可以固定到对应端板，而底部（或顶部，取决于取向）可以用于与紧固构件接合以便固定叠片堆。

根据本发明的另一实施例，U形横截面具有随着离开对应端板的距离增大而减小的高度。

换句话说，该轮廓的腿在对应端板处具有最大长度，并且随着离开端板的距离增大而变短。这种形状确保了与端板的牢固连接是可能的，同时在框架外的区域中占据较少的空间。

根据本发明的另一实施例，从端板中的一个延伸的外部连接构件具有第一长度，并且从端板中的另一个延伸的外部连接构件具有第二长度。

换句话说，从一个端板的延伸部的长度可以不同于或等于从另一个端板的延伸部的长度。尽管对称结构（具有相等的第一和第二长度）在许多情况下可能是优选的，但是本发明提供的具有不同长度的延伸部的灵活性在一些情况下可能是非常有用的，例如，为了在定子的一端为其它结构部件留出足够的空间。

根据本发明的另一实施例，第一长度和第二长度在叠片堆的长度的5%和25%之间，例如大约15%。

根据本发明的另一实施例，内部连接构件和外部连接构件中的每一个包括多个孔，用于允许与对应紧固构件的螺栓连接。

紧固构件可以集成在叠片堆材料中，或者它们可以是也连接到叠片堆的单独（即，中间）部件。单独部件的一个示例是杆，其被成形为装配到叠片堆中的对应凹部中，以便在支撑结构和叠片堆之间形成燕尾连接。集成在叠片堆中的紧固构件可以简单地是叠片材料的将要被焊接到连接构件的区段。替代地，集成的紧固构件可以是被形成为接收螺栓或一些其它类型的紧固元件的紧固结构。

根据本发明的另一实施例，端板具有弧状形状。

弧状形状确保了若干节段可以并排布置以形成圆形定子。

根据本发明的另一实施例，端板中的至少一个适于经由指板连接结构连接到指板。

完成的定子节段可在结构的两端处具有指板，每个指板形成用于叠片堆的边界。一旦已经形成了叠片堆（在另一个先前安装的指板的顶部上），指板连接结构对于指板是特别有用的。

根据本发明的另一实施例，端板包括多个孔，并且指板连接结构包括多个圆柱形间隔件和多个螺栓。

圆柱形间隔件具有与外部连接构件基本相同的长度。更具体地，圆柱形间隔件可以比外部连接构件稍短，或者它们可以具有与外部连接构件相同的长度。应该注意，间隔件的长度必须不超过外部连接构件的长度。因此，通过推动每个螺栓穿过端板中的孔并进一步穿过圆柱形间隔件并进入指板中的螺纹孔，指板可以被布置并固定在外部连接部件的端部。替代地，指板可以包括无螺纹孔。在这种情况下，螺母可以用于对螺栓进行紧固。

根据本发明的另一实施例，两个侧板中的每一个包括侧连接构件，用于将支撑结构与相邻的支撑结构机械地连接。

侧连接构件可特别地利用螺栓和螺母来机械地连接相邻节段的支撑结构。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子，该定子包括多个相互连接的定子节段，其中，每个定子节段包括根据第一方面或上述实施例中的任一个所述的支撑结构、叠片堆和绕组结构。

本发明的这个方面大致基于与第一方面相同的思想，并且利用上述优点来提供更大和更有效的定子，而不会显著增加成本。

根据本发明的第三方面，提供了一种风力涡轮机，其包括根据第二方面的定子。

与没有经延长的定子的类似风力涡轮机相比，根据这个方面的风力涡轮机将能够在其寿命期间产生显著更大量的功率，而不会显著地使制造更昂贵。

根据本发明的第四方面，提供了一种制造支撑结构的方法，该支撑结构用于支撑叠片堆和绕组结构，以便形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段。所述方法包括：（a）提供框架，其包括两个平行端板和两个侧板，侧板在端板的对应端部之间延伸，（b）提供多个内部连接构件，其在端板之间在框架内延伸，以及（c）提供多个外部连接构件，其在框架外延伸，每个外部连接构件形成对应内部连接构件的超出端板中的一个的延伸部，其中，（d）内部和外部连接构件适于与对应紧固构件接合以便固定叠片堆。

本发明的这个方面实质上基于与上述第一方面相同的思想。

注意，已经参考不同类别的主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考方法类型权利要求描述了一些实施例，而已经参考设备类型权利要求描述了其他实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述中了解到，除非另外指出，除了属于一种类型的主题的特征的任何组合之外，涉及不同类型主题的特征的任何组合，特别是方法类型权利要求的特征和设备类型权利要求的特征的组合，也是本文档的公开内容的一部分。

本发明的上述方面和其它方面从下文将要描述的实施例的示例中是明显的，并且参考实施例的示例进行解释。下文将参考实施例的示例更详细地描述本发明。然而，明确地注意到，本发明不限于所描述的示例性实施例。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的支撑结构的透视图。

图2示出了图1所示的支撑结构的另一透视图。

图3示出了图1和图2所示的支撑结构的顶视图。

图4示出了根据本发明的实施例的具有指板的支撑结构的局部视图。

图5示出了根据本发明的实施例的定子节段。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。注意，在不同的图中，相似或相同的元件被设置有相同的附图标记或仅在第一位数字不同的附图标记。

图1-3示出了根据本发明的实施例的支撑结构1的不同视图。更具体地，图1示出了支撑结构1的透视图，图2示出了支撑结构1的另一个透视图，并且图3示出了支撑结构1的顶视图。支撑结构1特别适合于支撑叠片堆和绕组结构，以便形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段。

支撑结构1包括两个平行的端板2、3和在端板2、3的对应端部之间延伸的两个侧板4、5，从而形成基本矩形的框架。端板2、3具有弧状形状，使得支撑结构1可以与几个类似的结构组合，以形成围绕旋转轴线的环形支撑结构，该旋转轴线平行于侧板4、5。为了允许与相邻结构的这种连接，每个侧板4、5包括多个侧连接构件9，用于将节段通过螺栓连接在一起。

多个内部连接构件6在端板2、3之间在框架内延伸。在所示的具体实施例中，有五个内部连接构件6，但本领域技术人员将理解，任何其它数量的内部连接构件6是可能的，例如两个、三个、四个、六个、七个或更多。

此外，多个外部连接构件7、8在框架外延伸。每个外部连接构件7、8形成对应内部连接构件6的超出端板中的一个的延伸部。更具体地，外部连接构件7延伸离开端板2，而外部连接构件8延伸离开端板3。由此，形成对应数量（在本示例性实施例中为五个）的组合连接构件，每个组合连接构件由一个内部连接构件6、位于端板2那一侧的一个外部连接构件7和位于端板3那一侧的一个外部连接构件8构成。因此，每个组合连接构件的总长度超过框架的长度达两个外部连接构件7、8的长度。在本示例性实施例中，外部连接构件7的长度基本等于外部连接构件8的长度。然而，在本发明的其它示例性实施例中，外部连接构件7的长度可不同于外部连接构件8的长度。

内部连接构件6和外部连接构件7、8被构造成与对应紧固构件（未示出）接合，以便将叠片堆固定在支撑结构1的顶部上。如所示，特别是在图3中，在本实施例中，这通过为内部连接构件6和外部连接构件7、8提供面向叠片材料（未示出）的长形平坦表面来实现，在该表面中提供多个孔10。孔10允许螺栓或其它紧固元件延伸穿过该表面并进入叠片堆的紧固构件，例如杆，从而与叠片堆形成燕尾连接。

外部连接构件7、8具有U形轮廓或横截面形状，其中，前述具有孔10的表面构成U形的底部。如图1和图2所示，U形的腿在端板2、3附近较长，并且随着离开端板2、3的距离增大而变短。由此，用最少的材料提供了所需的强度和稳定性，同时为其它部件（例如绕组、母线等）留出尽可能多的空间。

图4示出了根据本发明的实施例的具有指板13的支撑结构1的局部视图。指板13形成（待安装的）叠片堆的边界，并且包括多个齿或指状件14，其允许绕组结构延伸进出叠片堆。指板13从端板移位达与外部连接构件的长度对应的量。在本示例性实施例中，这通过布置多个圆柱形中空间隔件12和从端板的内侧延伸穿过间隔件12并进入指板13的螺栓11来实现，其中，螺栓11通过指板13中的螺纹或通过在指板13的外侧上的螺母来紧固。

图5示出了根据本发明的实施例的定子节段20。定子节段20包括如上所述的支撑结构以及由多个叠片组15构成的叠片堆，其布置在指板13之间并且被紧固到支撑结构1的内部和外部紧固构件6、7、8。绕组结构14布置在叠片堆内。

可以看出，叠片堆15的长度超过端板2和3之间的长度达对应于外部紧固构件7、8的长度的量。因此，通过添加外部连接构件7、8，可以以灵活的方式使叠片堆15的长度最大化，外部连接构件的长度适合其余的发电机设计和约束，但不改变由端板2、3和侧板4、5构成的基础框架。以这种方式，可以以灵活的方式来优化发电机的最大扭矩。考虑例如二十年的寿命，这种优化可以累积到显著的发电量。

注意，术语“包括”不排除其它元件或步骤，并且冠词“一”或“一个”的使用不排除多个。此外，可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

Claims (13)

1.一种支撑结构（1），所述支撑结构用于支撑叠片堆和绕组结构，以便形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段（20），所述支撑结构包括：

框架，其包括两个平行的端板（2、3）和两个侧板（4、5），所述侧板在所述端板的对应端部之间延伸，

多个内部连接构件（6），其在所述端板之间在所述框架内延伸，和

多个外部连接构件（7、8），其在所述框架外延伸，每个外部连接构件形成对应内部连接构件的超出所述端板中的一个的延伸部，

其中，所述内部和外部连接构件适于与对应紧固构件接合，以便固定叠片堆。

2.根据前一权利要求所述的支撑结构，其中，所述外部连接构件具有U形横截面。

3.根据前一权利要求所述的支撑结构，其中，所述U形横截面具有随着离开所述对应端板的距离增大而减小的高度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构，其中，从所述端板中的一个延伸的外部连接构件具有第一长度，并且从所述端板中的另一个延伸的外部连接构件具有第二长度。

5.根据前一权利要求所述的支撑结构，其中，所述第一长度和所述第二长度在所述叠片叠堆的长度的5%和25%之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构，其中，所述内部连接构件和外部连接构件中的每一个包括多个孔（10），用于允许与对应紧固构件的螺栓连接。

7.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构，其中，所述端板具有弧状形状。

8.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构，其中，所述端板中的至少一个适于经由指板连接结构连接到指板。

9.根据前一项权利要求所述的支撑结构，其中，所述端板包括多个孔，并且其中，所述指板连接结构包括多个圆柱形间隔件（12）和多个螺栓（11）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构，其中，所述两个侧板中的每一个包括侧连接构件（9），用于将所述支撑结构与相邻的支撑结构机械地连接。

11.一种用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子，所述定子包括多个相互连接的定子节段（20），其中，每个定子节段包括根据前述权利要求中任一项所述的支撑结构（1）、叠片堆（15）和绕组结构（14）。

12.一种风力涡轮机，其包括根据前一权利要求所述的定子。

13.一种制造支撑结构的方法，所述支撑结构用于支撑叠片堆和绕组结构，以便形成用于电机、特别是风力涡轮发电机的定子节段，所述方法包括：

提供框架，其包括两个平行的端板和两个侧板，所述侧板在所述端板的对应端部之间延伸，

提供多个内部连接构件，其在所述端板之间在所述框架内延伸，以及

提供多个外部连接构件，其在所述框架外延伸，每个外部连接构件形成对应内部连接构件的超出所述端板中的一个的延伸部，

其中，所述内部和外部连接构件适于与对应紧固构件接合，以便固定叠片堆。

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